alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.01-03.026-036alternative-1262Research ArticleВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКАRENEWABLE ENERGYПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Г. ЧЕЛЯБИНСКА ПУТЁМ УТИЛИЗАЦИИ СБРОСНОГО НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛАINCREASE IN CHELYABINSK HEATING SYSTEM EFFICIENCY BY UTILIZATION OF LOW-GRADE WASTE HEATЦейзерГ. М.TceyzerG. M.

аспирант кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

Ph.D. Student of the Department of Power Stations, Electrical Grids and Power Supply Systems, South Ural State University

info@susu.ruПташкина-ГиринаО. С.Ptashkina-GirinaO. S.

канд. тех. наук, доцент кафедры «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

Ph.D. in Engineering, Assistant Professor at the Department of Power Stations, Electrical Grids and Power Supply Systems, South Ural State University

info@susu.ruКирпичниковаИ. М.KirpichnikovaI. M.

д-р техн. наук, профес- сор кафедры «Электрические станции, сети и системы»

Ph.D. in Engineering, Professor at Department of Electric Stations, Grids and Systems, South Ural State University

info@susu.ruФГАОУ ВО «ЮУрГУ» (НИУ)РоссияSouth Ural State University (NIU)Russian Federation20181203201801-32636Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1262

Рассмотрена возможность совершенствования системы теплоснабжения г. Челябинска путём внедрения теплонасосной технологии для утилизации сбросного низкопотенциального тепла. Проанализированы проблемы системы теплоснабжения в Российской Федерации. Большинство потребителей в крупных городах средней полосы России снабжаются тепловой энергией за счёт эксплуатации централизованной системы теплоснабжения. Такой подход является во многом устаревшим и неприменим к современной энергетической системе. Повысить эффективность централизованного теплоснабжения предлагается посредством тепловых насосов. Описан пример проведения оценки эффективности применения данного метода, а именно произведены расчёты, конечным результатом которых стала оценка эффективности утилизации сбросного низкопотенциального тепла в системе теплоснабжения г. Челябинска. Для этого предварительно были проанализированы источники информации о способах утилизации сбросной тепловой энергии, принципах работы тепловых насосов, классификации городских источников сбросного тепла. Первым этапом исследования стала разработка методики расчёта, позволяющей произвести данную оценку при варьируемых начальных параметрах объектов системы теплоснабжения. Это позволило оценить эффективность применения тепловых насосов для каждой категории городских источников сбросной тепловой энергии: энергетической (ТЭЦ, котельные, тепловые сети) и неэнергетической (жилые, общественные и производственные объекты). Второй этап заключался в применении полученной методики в условиях г. Челябинска. В качестве исходных были выбраны данные, характеризующие климатические особенности, энергетические параметры источников централизованного теплоснабжения, а также данные по населению, экономике и промышленным объектам г. Челябинска. Результатом проведённого исследования стало численное значение эффективности утилизации сбросного тепла в г. Челябинске.

 

We consider the possibility of improving the heat supply system in Chelyabinsk through the introduction of heat pump technology for the disposal of low-grade waste heat. The paper analyzes the problems of the heat supply system in Russia. The majority of consumers in large cities of the central Russia are supplied with heat energy through the centralized heat supply system. This approach is largely outdated and inapplicable to the modern energy system. We propose the method for increasing the efficiency of centralized heating using heat pumps. This paper makes the evaluation of the effectiveness of the use of this method, namely performs a calculation study, the final result of which is estimation of efficiency of low-grade waste heat utilization in the Chelyabinsk heat supply system. For this purpose, we have previously analyzed the sources of information on the ways of utilization of waste thermal energy, the principles of the heat pumps operation, and the classification of urban sources of waste heat. The first stage of this study is the development of a calculation technique that makes it possible to estimate at varying initial parameters of the heat supply system objects. The developed technique allows estimating the efficiency of using heat pumps for each category of municipal sources of waste heat energy: energy (CHP, boilers, heating networks) and non-energy (residential, public and production facilities) ones. The second stage is the application of this technique to Chelyabinsk. As a starting point for this stage, we take the data which characterize the climatic features, energy parameters of the sources of centralized heating supply, as well as data on the population, economy and industrial facilities in Chelyabinsk. The result of the study is the numerical value of the efficiency of waste heat utilization in Chelyabinsk.

 

централизованная система теплоснабжения (ТЭЦ)утилизациясбросное низкопотенциальное теплотепловые насосыэффективностьcentralized heat supply systemutilizationlow-grade waste heatheat pumpsefficiencyReferencesНаумов, А.Л. Тенденции развития теплоснабжения в России [Электронный ресурс] / А.Л. Наумов // «АВОК». – 2001. – № 6. – Режим доступа: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php ?nid =446. – (Дата обращения: 05.05.2016).Naumov A.L. Trends in the development of heat supply in Russia (Tendentsii razvitiya teplosnabzheniya v Rossii) [E-resource] “AVOK” #6 2001. Available on: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=446 (05.05.2016) (in Russ.).Булыгина, О.Н. Анализ изменчивости климата на территории России в последние десятилетия / О.Н. Булыгина [и др.] // Труды ВНИИГМИ-МЦД. – 2000. – Вып. 167. – C. 315Bulyigina O.N., Korshunova N.N., Kuznetsova V.N., Razuvaev V.N. Analiz izmenchivosti klimata na territorii Rossii v poslednie desyatiletiya. Trudyi VNIIGMI-MTsD, 2000;167:315 (in Russ.).Байтингер, Н.М. Современный взгляд на некоторые проблемы централизованного теплоснабжения [Электронный ресурс] / Н.М. Байтингер, В.В. Бурцев // СОК №10 | 2005. – Режим доступа: http://www.c-o-k.ru/articles/sovremennyy-vzglyad-na-nekotoryeproblemy-centralizovannogo-teplosnabzheniy. – (Дата обращения: 07.05.2016).Baytinger N.M., Burtsev V.V. Sovremennyiy vzglyad na nekotoryie problemyi tsentralizovannogo teplosnabzheniya. SOK, 2005, No. 10. Available on: http://www.c-o-k.ru/articles/sovremennyy-vzglyad-nanekotorye-problemy-centralizovannogo-teplosnabzheniy (07.05.2016) (in Russ.).Хрилев, Л.С. Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабжения / Л.С. Хрилев, И.А. Смирнов. – М.: Энергия, 1978. – 264 с.Hrilev L.S., Smirnov I.A. Optimizatsiya sistem teplofikatsii i tsentralizovannogo teplosnabzheniya. Moscow: Energiya, 1978 (in Russ.).Стафиевская, В.В. Методы и средства энерго- и ресурсосбережения / В.В. Стафиевская, А.М. Велентеенко, В.А. Фролов. – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. – 430 с.Stafievskaya V.V., Velenteenko A.M, Frolov V.A. Metodyi i sredstva energo - i resursosberezheniya. Krasnoyarsk: IPK SFU, 2008 (in Russ.).Цейзер, Г.М. Оценка эффективности применения теплонасосных установок в целях утилизации сбросного тепла в условиях г. Челябинска // Сб. мат. II Всерос. (с международным участием) молодёжной науч.-практ. конф. «Введение в энергетику», Кемерово, 2016.Tseyzer G.M. Otsenka effektivnosti primeneniya teplonasosnyih ustanovok v tselyah utilizatsii sbrosnogo tepla v usloviyah g. Chelyabinska. Sbornik materialov II Vseros. (s mezhdunarodnyim uchastiem) molodyozhnoy nauch.-prakt. konf. «Vvedenie v energetiku», Kemerovo, 2016 (in Russ.).Цейзер, Г.М. Оценка эффективности применения теплонасосных установок в целях утилизации сбросного тепла в условиях г. Челябинска // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: материалы Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных с международным участием), Екатеринбург, УрФУ, 2016. – С. 703–705.Tseyzer G.M. Otsenka effektivnosti primeneniya teplonasosnyih ustanovok v tselyah utilizatsii sbrosnogo tepla v usloviyah Chelyabinska. Energo- i resursosberezhenie. Netraditsionnyie i vozobnovlyaemyie istochniki energii: materialyi Vseros. nauch.-prakt. konf. studentov, aspirantov i molodyih uchyonyih s mezhdunarodnyim uchastim, Ekaterinburg, UrFU, 2016, pp. 703–705 (in Russ.).Богданов, А.Б. Проблемы энергосбережения в России / А.Б. Богданов // Профессиональный журнал. –2005. – Т. 06(19). – С. 52–56.Bogdanov, A.B. Problemyi energosberezheniya v Rossii. Professionalnyiy zhurnal, 2005;06(19):52–56 (in Russ.).Цейзер Г.М. Оценка эффективности применения теплонасосных установок в целях утилизации сбросного тепла в условиях г. Челябинска // Материалы докладов XII Межд. молодёжной науч. конф. «Тинчуринские чтения», Казань, 3017. – С. 253–255.Tseyzer G.M. Otsenka effektivnosti primeneniya teplonasosnyih ustanovok v tselyah utilizatsii sbrosnogo tepla v usloviyah g. Chelyabinska. Materialyi dokladov XII Mezhd. molodyozhnoy nauch. konf. «Tinchurinskie chteniya», Kazan, 3017, pp. 253–255 (in Russ.).Соколов, Е.Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения / Е.Я. Соколов, В.М. Бродянский. – М.: Энергоиздат, 1981. – 320 с.Sokolov E.Ya., Brodyanskiy V.M. Energeticheskie osnovyi transformatsii tepla i protsessov ohlazhdeniya. – Moscow: Energoizdat, 1981 (in Russ.).Хайнрих, Г. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения / Г.Хайнрих, Х. Найорк, В. Нестлер. – М.: Стройиздат, 1985 – С. 351.Haynrih G., Nayork H., Nestler V. Teplonasosnyie ustanovki dlya otopleniya i goryachego vodosnabzheniya. Moscow: Stroyizdat Publ., 1985 (in Russ.).Аникина И.Д. Применение тепловых насосов для повышения энергоэффективности паросиловых ТЭС/ И.Д. Аникина, В.В. Сергеев // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. – 2013. – Т. 3(178). – С. – 56–61.Anikina I.D., Sergeev V.V. Primenenie teplovyih nasosov dlya povyisheniya energoeffektivnosti parosilovyih TES. Nauchno-tehnicheskie vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politehnicheskogo universiteta, 2013;3(178):56–61 (in Russ.).Молодкина, М.А. Применение теплового насоса в схеме теплофикационной установки ТЭЦ на базе парогазовой установки с котлом утилизатором на примере Северо-Западной ТЭЦ / М.А. Молодкина, В.М. Боровков // XXXVII Неделя науки СПбГПУ: материалы Всерос. межвуз. науч. 16 конф. студентов и аспирантов. – СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – С. 111–112.Molodkina M.A., Borovkov V.M. Primenenie teplovogo nasosa v sheme teplofikatsionnoy ustanovki TETs na baze parogazovoy ustanovki s kotlom utilizatorom na primere Severo-Zapadnoy TETs / M.A. Molodkina. XXXVII Nedelya nauki SPbGPU: materialyi Vseros. mezhvuz. nauch. 16 konf. studentov i aspirantov. SPb.: Izd-vo Politehn. un-ta, 2008, pp. 111–112 (in Russ.).Девянин, Д.Н. Разработка и испытание на ТЭЦ- 28 ОАО «Мосэнерго» лабораторного стенда по апробации схем использования тепловых насосных установок в энергетике [Электрон. ресурс] / Д.Н. Девянин, Ю.Н. Соколов // ЭСКО Электронный журнал энергосервисной компании «Экологический системы». – 2007. – № 10. – С. 79–85.Devyanin D.N., Sokolov Yu.N. Razrabotka i ispyitanie na TETs- 28 OAO «Mosenergo» laboratornogo stenda po aprobatsii shem ispolzovaniya teplovyih nasosnyih ustanovok v energetike. ESKO Elektronnyiy zhurnal energoservisnoy kompanii «Ekologicheskiy sistemyi», 2007;10:79–85 (in Russ.).Канина, Л.П. проблемы и пути решения комплексной защиты оборудования систем теплоснабжения в аварийных переходных гидравлических режимах в тепловых сетях / Л.П. Канина// Материалы конф. «Тепловые сети. Современные решения» 17 по 19 мая 2005 г. НП «Российское теплоснабжение». – С. 84–90.Kanina L.P. problemyi i puti resheniya kompleksnoy zaschityi oborudovaniya sistem teplosnabzheniya v avariynyih perehodnyih gidravlicheskih rezhimah v teplovyih setyah. Materialyi Konferentsii "Teplovyie seti. Sovremennyie resheniya" 17 po 19 maya 2005. NP "Rossiyskoe teplosnabzhenie, 2005, pp. 84–90 (in Russ.).Васильев, Г.П. Эффективность и перспектива использования тепловых насосов в городском хозяйстве Москвы / Г.П. Васильев // Энергосбережение. – 2007. – № 8. – C. 63–65Vasilev G.P. Effektivnost i perspektiva ispolzovaniya teplovyih nasosov v gorodskom hozyaystve Moskvyi. Energosberezheniem 2007;8:63–65 (in Russ.).Шилкин, Н. В. Утилизация тепла канализационных стоков / Н. В. Шилкин // Энергосбережение в системах промышленного энергоснабжения. – «Опыт проектов утилизации сбросного тепла в промышленности. Выпуск 2». – С. – 9–14.Shilkin N.V. Utilizatsiya tepla kanalizatsionnyih stokov. Energosberezhenie v sistemah promyishlennogo energosnabzheniya" – "Opyit proektov utilizatsii sbrosnogo tepla v promyishlennosti. Vyipusk 2", pp. 9–14 (in Russ.).Слесаренко, В.В. Перспективы применения тепловых насосов при утилизации теплоты городских стоков / В.В. Слесаренко, В.В. Князев, В.В. Вагнер // «Энергосбережение и водоподготовка». – 2012. – № 3 (77). – С. 28–34.Slesarenko V.V., Knyazev V.V., Vagner V.V. Perspektivyi primeneniya teplovyih nasosov pri utilizatsii teplotyi gorodskih stokov. Energosberezhenie i vodopodgotovka, 2012;3(77):28–34 (in Russ.).Цейзер, Г.М. Использование низкопотенциальной сбросной тепловой энергии для целей теплоснабжения в условиях г. Челябинска: ВКР, 2016.Tseyzer G.M. Ispolzovanie nizkopotentsialnoy sbrosnoy teplovoy energii dlya tseley teplosnabzheniya v usloviyah Chelyabinska: VKR, Chelyabinsk, 2016 (in Russ.).Фролов, В.П. Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения / В.П. Фролов [и др.] // Новости теплоснабжения. – 2004. – № 7. – С.50–55Frolov V.P., Scherbakov S.N., Frolov M.V., Shelginskiy A.Ya. Effektivnost ispolzovaniya teplovyih nasosov v tsentralizovannyih sistemah teplosnabzheniya. Novosti teplosnabzheniya, 2004;7:50–55 (in Russ.).Дегтяренко, А.В. Теплоснабжение: учеб. пособие / А.В. Дегтяренко. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2010. 185 сDegtyarenko A.V. Teplosnabzhenie: ucheb. posobie. Tomsk : Izd-vo Tom. gos. arhit.-stroit. un-ta, 2010 (in Russ.).Маслов, Е.А. Автоматическое регулирование тепло- и парогенерирующих установок / Е.А. Маслов. – Томск, 2009. 74 с.Maslov E.A. Avtomaticheskoe regulirovanie teplo- i parogeneriruyuschih ustanovok. Tomsk, 2009 (in Russ.).Климат Челябинской области. – Режим доступа: http://chelpogoda.ru/pages/490.php – (05.12.2006).Klimat Chelyabinskoy oblasti. Available on: http://chelpogoda.ru/pages/490.php (05.12.2006) (in Russ.).Филатова, О.С. Сорбционные тепловые насосы на твердых сорбентах для выработки тепла и холода/ О.С. Филатова [и др.] // Тепло- и массоперенос. 2007: сб. науч. тр. Минск : ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2007. – С. 275–281.Filatova O.S., Tsitovich A.P., Kovalyova M.N., Tishkevich A.S. Sorbtsionnyie teplovyie nasosyi na tverdyih sorbentah dlya vyirabotki tepla i holoda. Teplo- i massoperenos. 2007: sb. nauch. tr. Minsk : ITMO im. A.V. Lyikova NAN Belarusi, 2007, pp. 275–281 (in Russ.).Галимова, Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы / Л.В. Галимова. – Астрахань: АГТУ, 1997. – С. 226Galimova L.V. Absorbtsionnyie holodilnyie mashinyi i teplovyie nasosyi. Astrahan: AGTU, 1997, p. 226 (in Russ.).Хромченков, В.Г. Определение потерь тепла в тепловых сетях / В.Г. Хромченков, Г.В. Иванов, Е.В. Хромченкова // Журнал «Новости теплоснабжения». – 2006. – № 6 (70). – С. 32–36.Hromchenkov V.G., Ivanov G.V., Hromchenkova E.V.Opredelenie poter tepla v teplovyih setyah. Zhurnal «Novosti teplosnabzheniya», 2006;06 (70);32–36 (in Russ.).Талцис, Н. Опыт утилизации низкопотенциального тепла с использованием абсорбционного теплового насоса / Н. Талцис // Журнал «Новости теплоснабжения». – 2011. – № 5 (129). – С. 112–117.Taltsis N. Opyit utilizatsii nizkopotentsialnogo tepla s ispolzovaniem absorbtsionnogo teplovogo nasosa. Zhurnal «Novosti teplosnabzheniya», 2011;05(129):112– 117 (in Russ.).Челябинск – промышленность города, предприятия и заводы Челябинска. – Режим доступа: http://www.metaprom.ru/regions/chelyabinsk.html – (Дата обращения: 01.02.2017).Chelyabinsk - promyishlennost goroda, predpriyatiya i zavodyi Chelyabinska. Available on: http://www.metaprom.ru/regions/chelyabinsk.html (01.02.2017) (in Russ.)Экономика Челябинской области. – Режим доступа: http://chelindustry.ru/left_prom2.php?rr=1 – (Дата обращения: 05.02.2017).Ekonomika Chelyabinskoy oblasti. Available on: http://chelindustry.ru/left_prom2.php?rr=1 (05.02.2017) (in Russ.).Проект схемы теплоснабжения Челябинского городского округа до 2029 года. – Режим доступа: https://cheladmin.ru/sites/default/files/pz_ot_26.12.13._s_n ovym_titulom_0.pdf – (Дата обращения: 01.02.2017).Proekt shemyi teplosnabzheniya Chelyabinskogo gorodskogo okruga do 2029. Available on: https://cheladmin.ru/sites/default/files/pz_ot_26.12.13._s_n ovym_titulom_0.pdf (01.02.2017) (in Russ.).Административное деление. – Режим доступа: http://cheladmin.ru/ru/gorod-chelyabinsk/ administrativnoedelenie. – (Дата обращения: 17.02.2017).Administrativnoe delenie. Available on: http://cheladmin.ru/ru/gorod-chelyabinsk/ administrativnoedelenie (17.02.2017) (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.